Преобразователь перемещения в напряжение

(21) (22) (46) (71) (72) чен (56) М 1 М 1 (54) ВН (57) ной час опе ще лий авт роч ной час опе щелий авт роч ни ме об на за ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4688130/2410.05,8930.08.93. Бюл. М 32Институт электросварки им. Е.О.Патона В,М,Лунин, Н,О,Белофастов, А.В.Пано и А.В,РыжковАвторское свидетельство СССР 156255, кл. Н 03 М 1/24, 1985. Авторское свидетельство СССР 03979, кл, Н 03 М 1/24; 1987, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРЯЖЕНИЕИзобретение относится к измеритель- технике и может быть использовано, в ности, в сварочном производстве для ативного контроля сварочных перемеий и деформаций широкого класса издев процессе сварки, а также для создания матизированных систем контроля сваых деформаций. Целью изобретения Изобретение относится к измеритель- технике и может быть использовано, в ности, в сварочном производстве для ативного контроля сварочных перемеий и деформаций широкого класса издепроцессе сварки, а также для создания матизированных систем контроля сваых. деформаций. Целью изобретения является повышеыстродействия преобразователя перения в напряжение.а фиг. 1 изображена блок-схема презователя перемещения в напряжение; иг. 2 - выполнение анализатора и свяых с ним блоков; на фиг. 3 - эквиваленэлектрическая схема анализатора с является повышение быстродействия преобразователя перемещения в напряжение, Цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в напряжение, содержащий излучатель, модулятор, коллиматор, генератор, двигатель, в качестве ротора которого используется анализатор, считывающий элемент, формирователь начала отсчета, два усилителя, два демодулятора, два фильтра, три формирователя импульсов, два триггера, источник опорного напряжения, шесть ключей, два интегратора и два устройства выборки-хранения, дополнительно введены два программируемых усилителя, программируемый делитель частоты и формирователь импульсов с соответствующими связями, Применение программируемых усилителей позволяет эа счет уменьшения количества итераций увеличить быстродействие преобразователя. 5 ил. блоком обработки; нэ фиг. 4 - временная диаграмма работы преобразователя; на фиг, 5 - график зависимости коэффициента передачи дисперсии случайной погрешности от параметра настройки О, СдПреобразователь перемещения в на пряжение содержит излучатель 1. модуля- (гд тор 2, коллиматор 3, анализатор 4, сО генератор 5, анализатор 4 закреплен в ме- а . таллической обойме 6, которая выполняет функцию ротора двигателя у, состоящего иа статора 8 и блока 9 возбуждения, формирователь 10 начала отсчета, считывающий зле иеий мент 1 Т в виде кольца, усилители 12 и 13, согласующий элемент, выполненный на резисторе 14, демодуляторы 15 и 16. фильтры17 и 18, формирователи 19, 20 и 21 импульсов, триггеры 22 и 23, ключи 2429, источник 30 опорного напряжения, программируемые усилители 31 и 32, интеграторы 33 и 34, устройства 35 и 36 выборки-хранения, программируемый делитель 37 частоты, формирователь 38 импульсов, входы 39 усправления преобразователя.Анализатор 4 содержит прозрачный диск 40, с одной стороны которого нанесены прямолинейный 41 и спиралевидный 42 фотоприемники, состоящие из прозрачных металлических электродов 43 и 44 и фоточувствительного слоя 45 кольцевую.непрозрачную зону 46 с прозрачным окном 47, отверстие 48 под ось, прозрачные кольцевые электроды 49, 50, 51.Считывающий элемент 11 содержит кольцевые прозрачные электроды 52, 53, 54.Формирователь 10 начала отсчета содержит излучатель 55 и фотоприемник 56,Преобразователь перемещения в напряжение работает следующим образом,Излучатель 1, в качестве которого может быть использован гелий-неоновый лазер, с закрепленным на нем модулятором 2 и коллиматором 3 устанавливаются на неподвижной базовой оснастке и используются для задания опорного направления, Генератор 5 задает частоту модуляции луча излучателя 1. Анализатор 4 устанавливается в контролируемой точке объекта и вращается вокруг своей оси при помощи двигателя 7, ротором которого является металлическая обойма 6. в которую помещен анализатор 4, а статор 8 выполнен в виде Ш-образного сердечника с тремя обмотками. Блок возбуждения 9 генерирует три последовательности импульсов, при подаче которых в обмотке статора 8 возникает "бегущее" магнитное поле, приводящее в движение анализатор 4.Один раз за полный оборот анализатор 4 на выходе прямолинейного 41 и спиралевидного 42 фотоп циемников вырабатываются пачки импульсов, поступающих через проходные емкости С 1, С 2 и СЗ на входы усилителей 12 и 13. Прямолинейный 41 и спиралевидный 42 фотоприемники представляют собой профилировэнные фотодиоды, нанесенные на поверхность прозрачного диска 40 анализатора 4, и образованы каждый двумя прозрачными электродами 43 и 44, между которыми расположен фоточувствительный слой 45. При этом прозрачные электроды 43 обоих фотоприемников 41 и 42, непосредственно нанесенные на поверхность анализатора 4, электрически связаны друг с другом (общий электрод), Общий электрод 43 имеет также электрическую связь с кольцевым электродом 50, нанесенным на обратную сторону диска 40 (например, при помощи переходного металлизированного отверстия). Ос тавшиеся два кольцевых электрода 49 и 51связаны, соответственно, со вторыми прозрачными электродами 44 прямолинейного 41 и спиралевидного 42 фотоприемников.Проходные конденсаторы С 1, С 2 и СЗ обра зованы, соответственно, кольцевыми электродами.49 и 52, 50 и 53, 51 и 54, Кольцевые электроды 52, 53 и 54 нанесены на поверхность считывающего элемента 11 и идентичны по своим параметрам кольцевым 15 электродам 49, 50 и 51 (см, фиг, 2), На свободные поверхности всех кольцевых электродов 49.54 наносится тонкое диэлектрическое покрытие для устранения возможности прямого электрического кон такта между обкладками проходных конденсаторов из-зэ возможной непараллельности считывающего элемента 11 и анализатора 4, поскольку для увеличения емкости этих конденсаторов расстояние б между их обкладками следует выбирать минимальным; При д = 0,1 мм емкость проходных конденсаторов составляет 150 пЭ, При помощи резистора 14 осуществляется привязка плавающих входов усилителей 12 и 13 к об щей точке устройства, Сигналы Тпр и Тсл свыходов усилителей 12 и 13 поступают на входы демодуляторов 15 и 16, а с их выходов - на входы соответствующих фильтров 17 и 18. На выходах этих фильтров 35 .формируются сигналы Тпр и Тсп, поступающие.в блок обработки. Один раз за полный оборот диска 40 анализатора 4 прозрачное окно 47 открывает путь световому потоку от излучателя 55 к фотоприемнику 56 формиро вателя 10 начала отсчета. При этом на выходе последнего вырабатывается импульс Тно, Покрытие непрозрачной зоны 46 выполняется диэлектрическим во избежание паразитной связи между проходными кон денсаторами С 1, С 2 и СЗ.Таким образом, в блок обработки поступают три последовательности импульсов Тно, Тпр, Тсп (фиг. 4 а,б,в), период следования которых равен периоду гц (фиг. 4 з) враще ния анализатора 4. Длительность импульсовТно пропорциональна 2 р 1, где р 1 - угол раствора прямолинейного фотоприемника 41, Основной постоянной компонентой в длительности импульсов Тпр является постоянной компонентой в длительности импульсов Тпр является 2 г 1 = 2 р 1 ш, а в длительности импульсов Тся - 2 г 1 = 2 р 2 в.Длительность импульсов Тпр также имеет переменую компоненту тз = рзй), а дли 1837391(1) 45 50 55 и ьность импульсов Тсп - переменные коменты т 4 = о 4 ш=гЪ = р ш При этом знаия углоВ фз, 94 и ф 5 зд Висят От ективного радиуса г опорного луча в скости анализатора 4 и полярной коор эты Р опорного луча относительно ценанализатора 4 (см. Фиг. 2). Подективным радиусом г опорного луча поается максимальное расстояние от ценпятна излучателя до точки, 10енсивность излучения в которой равна огу срабатывания спиралевидного 42 и молинейного 41 фотоприемников аналиора 4. Переменные компоненты гз, 4 и являются источником методической пошности преобразователя, причем значее этой погрешности невозможно ределить заранее и скомпенсировать пу-.введения поправок, поскольку значение:фективного радиуса г зависит от многих: 20 кторов. Важнейшими из этих факторов явтся порог чувствительности фотоприемков 41 и 42 и закон .распределения тенсивности излучения в лазерном луче, орый в значительной степени определяет фокусировкой луча в плоскости анализато.В предлагаемом устройстве компейсая методической погрешности от неизвеного эффективного радиуса г опорного 30 л ча производится следующим образом.На фиг, 2 видно, что полярная координата. Р. порного луча относительно центра аналитора 4 пропорциональная длительнОсти пульса Тр между центрами импульсов Тпр 35Топ (см. Фиг, 4), а полярная координата р-ительности импульса Т между центрами пульсов Тпр и Тно (фиг. 4 д). Обозначив р = Тз + Г 1; Тсп = Г 4 + Т 2 - 75 + Г 2, МОЖНО 3 писать(см, фиг. 4): те по че эф пл ди тр э н тр ин и и за. в н о т ф л н и к е е ьно = го/2;гг интервал времени между задним ронтом импульса Тпр и передним фронтомпульса Тсп (фиг. 4 е);ф- интервал времени между задним ронтом импульса Тпр и передним фронтом мпульса Тно (фиг, 4 г).При этом для получения полярных коорнат р и р необходимо выполнить следущие функциональные преобразования:р = 2 ла-, р = 2 п ; 0 = = сопз, (2)т то Вгц гц й где. тц - период вращения анализатора 4. Интервалы времени тцформируютсяпри помощи триггера 22, который устанэвливается по заднему фронту импульса Тпр и сбрасывается по переднему фронту импульса Тно(импульсы установки и сброса формируются, .соответственно, формирователями20 и 19).Интервалы времени трформируются .при помощи триггера 23, устанавливаемогопо заднему Фронту импульса Тпр и сбрасыВаемого по переднему Фронту импульса Тсп (импульсы установки и сброса формируются, соответственно, формирователями 20 и 21). Для реализации формчл преобразования (2) в блоке обработки имеются итераци-: онные функциональные преобразователи; полярной координаты у (ключи 24, 25, 26, программируемый усилитель 31, интегратор ЗЗ и устройство 35 выборки-хранения) и полярной координаты р(ключи 27, 28, 29, программируемый усилитель 32, интегратор 34 и устройство 36 выборки-хранения).Итерационный функциональный преобразователь порядной координаты р работает циклично. При этом длительность каждого цикла итерации составляет Й тц, где й - заданный на входах 39 управления код.В каждом цикле Осуществляется: И-кратное интегрирование интегратором 33 напряжения с выхода усилителя 31 в течение интервалов времени Гр, тпр и Хсп,- интегрирование интегратором 33 выходного напряжения устройства 35 выборки-хранения через усилитель 31 в течение. времени цикла М тц- выборка выходного напряжения интегратора 33 устройством 35 выборки-хранения по сигналу с формирователя 38.Предположим, что перед началом преобразования напряжение на выходе устройства 35 выборки-хранения равно Он, Тогда, учитывая, что сопротивление усилителя 31 по входам Тпр и Тно. но вдвое больше сопротивления по входу Тр(см. Фиг, 1), это напряжение после первого цикла работы станет равным: Ю.1 -- "2.р+" п Е "но 1 1 И ; , (3)Кйц о"и Лц00я на,с 1 й,с ф где Я 1 и В 2 - сопротивления усилителя 31 посоответствующим входам;с - емкость интегратора 33;кп - коэФфициент передачи устройства35 выборки-хранения;первого и второго усилителей и первым ь. водом согласующего элемента, второй еь, вод которого соединен с шиной нулевог, потенциала, выход первого усилителя сое динен с входом первого демодулятора, выход которого соединен с входом первого фильтра, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей и входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с первыми входами первого и второго триггеров, выходы которых соединены с управляющими входами соответственно третьего и четвертого клю 15 20 входом второго демодулятора, выход которого соединен с входом второго фильтра, выход которого соединен с управляющим входом пятого ключа и входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго триггера,формирователь начала отсчета, выход которого соединен с управляющим входом шессоединен с вторым входом первого триггекоторого соединен с информационными входами ключей, первый и второй интеграторы, выходы которых соединены с информационными входами соответственно обоих устройств выборки-хранения обьеди 40 импульсов, выход которого соединен с управлиющим входом первого устройства выборки-хранения, выходы первого и второго устройств выборки-хранения соедйнены с первыми информационными входами соответственно первого и второго программируемых усилителей, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго интеграторов, выходы третьего, первого и шестого ключей соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым информационными входами первого программируемого усилителя, выходы четвертого, пятого и второго ключей соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым информационными входами второго программируемого усилителя, выход третьего формирователя импульсов соединен с тактовым входом программируемого делителя частоты, выход которого соединен с входом в виде прозрачного диска с радиусом В 1, наодной стороне которого расположены дваактивных участка и непрозрачная зона, первый активный участок выполнен в виде радиального сектора с угловым раствором 2 гр 1, 5ограниченного дугой окружности радиусомВ, где ВВ 1, внутренняя сторона второгоактивного участка выполнена в виде спирали Архимеда с началом в центре диска, развернутой по радиусу В на угол 2 к - дЪ, где 10дЪ ср, а внешняя сторона второго активного участка образована сдвигом этой жеспирали Архимеда на угол 2 с 2 без пересе.- чения с первым активным участком, при. чей; выход второго усилителя соединен сэтом оба активных участка являются фотоприемниками, образованными фоточувствительными слоями, размещенными междудвумя прозрачными металлическими электродами, непрозрачная зона анализаторавыполнена в виде кольца, ограниченногорадиусами В и В 1 и имеющего прозрачныйсектор с угловым раствором 2 р 1, сопряженный с первым активным участком, на другойстороне прозрачного диска. анализатора вкольцевоЙ зоне, ограниченной радиусами В 25и В 1, размещены три кольцевых несоприкасающихся прозрачных электрода, среднийкольцевой электрод анализатора электрически соединен с одним из прозрачных металлических электродов каждого активного 30участка. а крайние кольцевые электроды ана- первого и второго устройств.: выборки-хрализатора соединены с другими прозрачнымиметаллическими электродами соответственно первого и второго активных участков анализатора, считывающий элемент. 35выполненный в виде прозрачного кольца,.ог-. нены, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюраниченного радиусами В и В 1, на одной изповышения быстродействия преобразоватесторон которого размещены три прозрачных ля, в него введены первый и второй програмкольцевых электрода, образующих с кольце- мируемые усилители, программируемыйвыми электродами анализатора соответст- делитель частоты и четвертый формировательвенно три кольцевых конденсатора, выходыкольцевых электродов считывающего элемента, связанные с первым и вторым активными участками анализатора, являютсяпервьм и вторым выходами считывающего 45элемента соответственно, а выход среднегокольцевого электрода считывающего элемента является его третьим выходом, двигатель,статор которого выполнен в виде Ш-образного сердечника с тремя обмотками, подключенными к блоку возбуждения, а ротор - ввиде металлической обоймы, внутри которой установлен анализатор, генератор, выход которого соединен с управляющимвходом модулятора, первый выход считывающего элемента соединен с первым входомпервого усилителя, второй выход считывающего элемента соединен с первым входомвторого усилителя, третий выход считывающего элемента соединен с вторыми входами1837391 13 твертого формирователя импульсов, а упвляющие входы объединены с соответстющими управляющими входами первогоч и второго программируемых усилителей и гр являются управляющими входами преобра 6 эователя.. Техрер М.МоргенталРедактор рректор ЛЛивринцЗаказ 2871 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035 Москва ЖРа аская нэб. 4 5